Преобразователь частоты в напряжение

 

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в устройствах автоматики и измерительной техники. Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения за счет синхронизации начала устройства с фронтом входных импульсов и повышение точности преобразования за счет преобразования в напряжение приращения частоты. Цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий стабилизатор тока, к выходу которого параллельно подсоединены первый конденсатор и первый ключ и через второй ключ второй конденсатор и одновибратор, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, введены первая и вторая схемы И, схема И - НЕ, схема ИЛИ - НЕ, второй одновибратор, второй стабилизатор тока, первая и вторая схемы НЕ. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в устройствах автоматики и измерительной техники.

Известен преобразователь частоты в напряжение [1], недостатком которого является нелинейность характеристики.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь частоты в напряжение, содержащий стабилизатор тока, два конденсатора, два ключа, одновибратор и генератор импульсов [2]. Недостатками данного преобразователя являются нестабильность выходного напряжения за счет того, что начало и конец временного интервала, задаваемого генератором, не синхронизирован с началом входных импульсов, а также недостаточная точность преобразования.

Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения за счет синхронизации начала работы устройства с фронтом входных импульсов и повышение точности преобразования за счет преобразования в напряжение не самой частоты, а ее приращения.

Цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий стабилизатор тока, к выходу которого параллельно подсоединены первый конденсатор и первый ключ и через второй ключ второй конденсатор и одновибратор, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, введены первая схема U, выход которой соединен с входом стабилизатора тока, схема И-НЕ, выход которой соединен с управляющим входом первого ключа, а второй вход - с выходом одновибратора, схема ИЛИ-НЕ, выход которой соединен с входом одновибратора и первым входом схемы И-НЕ, а первый вход - с входом стабилизатора тока, второй одновибратор, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с вторым входом первой схемы И, второй стабилизатор тока, выход которого соединен с выходом первого стабилизатора, а вход - с вторым входом схемы ИЛИ-НЕ, вторая схема И, выход которой соединен с входом второго стабилизатора, а второй вход - с входной шиной, первая схема НЕ, вход которой соединен с входной шиной, а выход - с первым входом первой схемы И, вторая схема НЕ, вход которой соединен с выходом второго одновибратора, а выход - с первым входом второй схемы И.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит первый и второй конденсаторы 1 и 2, первый и второй стабилизаторы 3 и 4 тока, первый и второй ключи 5 и 6, первую и вторую схемы И 7 и 8, схему И-НЕ 9, первый и второй одновибраторы 10 и 11, схему ИЛИ-НЕ 12, первую и вторую схему НЕ 13 и 14.

Преобразователь работает следующим образом.

На вход подаются импульсы преобразуемой частоты скважностью два, по перепаду из 0 в 1 запускается второй одновибратор 11, на выходе которого формируется положительный импульс длительностью, равной длительности положительной части входных импульсов при номинальной частоте. Входной импульс, пройдя через первую схему НЕ 13, блокирует первую схему И 7 по первому входу. Импульс с второго одновибратора 11, пройдя через вторую схему НЕ 14, блокирует вторую схему И 8 по первому входу.

Возможны три состояния взаимного расположения окончания импульсов на входе преобразователя и с второго одновибратора 11. Во-первых, импульс на входе преобразователя заканчивается раньше, чем импульс с одновибратора (это означает, что входная частота больше номинальной). Во-вторых, импульсы заканчиваются одновременно (это означает, что входная частота равна номинальной). В-третьих, импульс на входе преобразователя заканчивается позже, чем импульс с одновибратора (это означает, что входная частота меньше номинальной).

Рассмотрим работу устройства для первого случая.

По окончании входного импульса уровень лог."0" с входа преобразователя, пройдя через первую систему НЕ 13, разблокирует первую схему И 7. Уровень лог. "1" с ее выхода запускает плюсовой стабилизатор 3 тока, пройдя через схему ИЛИ-НЕ 12 и схему И-НЕ 9, закрывает первый ключ 5, начинается плюсовой заряд первого конденсатора 1. По окончании импульса с второго одновибратора 11 первая схема И 7 блокируется по второму входу. Уровень лог."0" с ее выхода выключает плюсовой стабилизатор 3 тока, поступая на первый вход схемы ИЛИ-НЕ 12, переводит ее выход из уровня лог."0" в "1" (так как) на ее втором входе уровень лог."0" с второй схемы И 8). Этим перепадом запускается первый одновибратор 10, импульс с выхода которого поступает на управляющий вход второго ключа 6, открывает его и производит перезапись напряжения конденсатора 1 на конденсатор 2, одновременно поступает на второй вход схемы И-НЕ 9, блокирует ее, сигнал с выхода которой удерживает первый ключ 5 в закрытом состоянии. По окончании импульса с первого одновибратора 10 уровни лог."1" на обоих входах второй схемы И-НЕ 8 дают на ее выходе уровень лог."0", который открывает первый ключ 5, разряжая первый конденсатор 1.

Рассмотрим работу устройства для третьего случая.

По окончании импульса с второго одновибратора 11 уровень лог."0" с его выхода, пройдя через вторую схему НЕ 14, разблокирует вторую схему И 8. Уровень лог."1" с ее выхода запускает минусовой стабилизатор 4 тока, пройдя через схему ИЛИ-НЕ 12 и схему И-НЕ 9, закрывает первый ключ 5. Начинается минусовой заряд первого конденсатора 1. Далее работа происходит так же, как и в первом случае.

Для второго случая блокировка по входам схем И 7 и 8 совпадает по времени, запуска стабилизаторов не происходит, напряжение на выходе преобразователя равно нулю.

Таким образом, напряжение на выходе преобразователя пропорционально отклонению входной частоты от номинальной (которая определяется длительностью импульса с второго одновибратора 11), причем увеличению входной частоты соответствует плюсовое напряжение, уменьшению - минусовое напряжение, что позволяет повысить точность преобразования за счет увеличения размаха выходного напряжения в два раза.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий первый стабилизатор тока, выход которого соединен с первым выводом параллельно подсоединенного первого конденсатора, информационными входами первого и второго ключей, выход последнего из которых соединен с первым выводом второго конденсатора и является выходной шиной, вторые выходы первого и второго конденсаторов и выход первого ключа являются шиной нулевого потенциала, первый одновибратор, отличающийся тем, что в него введены два элемента И, два элемента НЕ, элемент ИЛИ - НЕ, элемент И - НЕ, второй стабилизатор тока и второй одновибратор, вход которого объединен с входом первого элемента НЕ, первым входом первого элемента И и является входной шиной, а выход соединен с первым входом второго элемента И и через второй элемент НЕ - с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом второго стабилизатора тока и первым входом элемента ИЛИ - НЕ, второй вход которого объединен с входом первого стабилизатора тока и подключен к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, причем выход элемента ИЛИ - НЕ соединен с первым входом элемента И - НЕ и входом первого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И - НЕ и управляющим входом второго ключа, а управляющий вход первого ключа соединен с выходом элемента И - НЕ, при этом выход второго стабилизатора тока объединен с выходом первого стабилизатора тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1